自动配料模拟控制系统设计教学提纲Word格式文档下载.docx
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1.2自动配料控制系统基本结构
自动配料的模拟面板如图1.1所示，从图中可以看出四节传送带是本次设计的核心电路，PLC编程也是围绕此面板进行的
图1.1自动配料系统图
自动配料系统的功能是利用四节传送带为小车自动配料，重物通过传送带进行传输，发生故障时系统自动停机。
自动配料实验面板与PLC接线控制对应关系如表1.1.1所示。
表1.1.1输入/输出接线列表
面板
SB1
SB2
S1
SQ1
SQ2
D1
PLC
I0.0
I0.1
I0.2
I0.4
I0.5
Q0.0
D2
D3
D4
L1
L2
M1
Q0.1
Q0.2
Q0.3
Q0.4
Q0.5
Q0.6
M2
M3
M4
A
B
C
Q0.7
Q1.0
Q1.1
I0.6
I0.7
I1.0
D
I1.2
I1.3
I1.4
I1.5
I1.1
1.DOP数码显示电路
DOP数码显示电路如图1.2所示。
此电路在整个电路中起辅助性作用，即当四节传送带中的某一节发生故障时，数码显示有故障一节的编号，用户可以清楚的看到。
DOP数码显示面板与PLC控制端口对应关系如表1.2所示。
表1.2数码显示电路
E
F
G
Q2.0
Q2.1
Q2.2
Q2.3
Q2.4
Q2.5
Q2.6
1.3控制系统工作过程
1.初始状态
系统启动后，红灯L2（Q0.5）灭，绿灯L1（Q0.4）亮，车未到位，表明允许汽车开进装料。
料斗出料口D2关闭，若料位传感器S1（I0.2）置为“0”（料斗中的物料不满），进料阀开启进料，D4（Q0.3）亮。
当S1置为“1”（料斗中的物料已满），则停止进料（D4灭）。
电动机M1、M2、M3和M4均为“0”。
2.装车过程
装车过程中，当汽车开进装车位置时，限位开SQ1（I0.3）置为“1”，红灯信号灯L2（Q0.5）亮，绿灯L1（Q0.4）灭，车到位；
同时启动电动机M4（Q1.1），经过3s后，再启动M3（Q1.0），再经3s后启动M2（Q0.7），再经过2s最后启动M1（Q0.6），再经过3s后才打开出料阀，D2（Q0.1）亮，物料经料斗出料。
当车装满时，限位开关SQ2（I0.4）为“1”，D1（Q0.0）亮，料斗关闭（Q0.1复位），3s后M1停止，M2在M1停止3s后停止，M3在M2停止3s后停止，M4在M3停止3s后停止，同时红灯L2灭，绿灯L1亮，表明汽车可以开走。
3.故障控制
当某一节传送带发生故障时，该节传送带和其前面的传送带会立即停止，该节之后的传送带会在一定的延时后停止。
例如，当M2发生故障时，M2、M1会立即停止，M3会在M2和M1停止后5s后停止，M4在M3停止5s后停止。
其次，当某节传送带上的物体过重时，该节传送带和其前面的传送带会立即停止，该节之后的传送带会在一定的延时后停止。
例如，当M1上有重物时，M1会立即停止，同时数码显示电路会显示“1”，M2在M1停止5s后停止，M3在M2停止5s后停止，M4在M3停止5s后停止。
4.停机控制
按下停止按钮SB2，自动配料装车的整个系统终止运行。
2自动配料模拟控制系统中的PLC应用
2.1PLC的发展历史
在工业生产过程中，大量的开关量顺序控制，它按照逻辑条件进行顺序动作，并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制，及大量离散量的数据采集。
传统上，这些功能是通过气动或电气控制系统来实现的。
1968年美国GM（通用汽车）公司提出取代继电气控制装置的要求，第二年，美国数字公司研制出了基于集成电路和电子技术的控制装置，首次采用程序化的手段应用于电气控制，这就是第一代可编程序控制器，称ProgrammableController（PC）。
个人计算机（简称PC）发展起来后，为了方便，也为了反映可编程控制器的功能特点，可编程序控制器定名为ProgrammableLogicController（PLC），现在，仍常常将PLC简称PC。
PLC的定义有许多种。
国际电工委员会（IEC）对PLC的定义是：
可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。
它采用可编程序的存贮器，用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字的、模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。
可编程序控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。
上世纪80年代至90年代中期，是PLC发展最快的时期，年增长率一直保持为30~40%。
在这时期，PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高，PLC逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统。
PLC具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。
PLC在工业自动化控制特别是顺序控制中的地位，在可预见的将来，是无法取代的。
2.2PLC的硬件和软件
2.2.1PLC的硬件构成
从结构上分，PLC分为固定式和组合式（模块式）两种。
固定式PLC包括CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等，这些元素组合成一个不可拆卸的整体。
模块式PLC包括CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架，这些模块可以按照一定规则组合配置。
CPU的构成：
CPU是PLC的核心，起神经中枢的作用，每套PLC至少有一个CPU，它按PLC的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据，用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据，并存入规定的寄存器中，同时，诊断电源和PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。
进入运行后，从用户程序存贮器中逐条读取指令，经分析后再按指令规定的任务产生相应的控制信号，去指挥有关的控制电路。
CPU主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线构成，CPU单元还包括外围芯片、总线接口及有关电路。
内存主要用于存储程序及数据，是PLC不可缺少的组成单元。
在使用者看来，不必要详细分析CPU的内部电路，但对各部分的工作机制还是应有足够的理解。
CPU的控制器控制CPU工作，由它读取指令、解释指令及执行指令。
但工作节奏由震荡信号控制。
运算器用于进行数字或逻辑运算，在控制器指挥下工作。
寄存器参与运算，并存储运算的中间结果，它也是在控制器指挥下工作。
CPU速度和内存容量是PLC的重要参数，它们决定着PLC的工作速度，IO数量及软件容量等，因此限制着控制规模。
I/O模块：
PLC与电气回路的接口，是通过输入输出部分（I/O）完成的。
I/O模块集成了PLC的I/O电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态。
输入模块将电信号变换成数字信号进入PLC系统，输出模块相反。
I/O分为开关量输入（DI），开关量输出（DO），模拟量输入（AI），模拟量输出（AO）等模块。
开关量是指只有开和关（或1和0）两种状态的信号，模拟量是指连续变化的量。
常用的I/O分类如下：
开关量：
按电压水平分，有220VAC、110VAC、24VDC，按隔离方式分，有继电器隔离和晶体管隔离。
模拟量：
按信号类型分，有电流型（4-20mA,0-20mA）、电压型（0-10V,0-5V,-10-10V）等，按精度分，有12bit,14bit,16bit等。
除了上述通用IO外，还有特殊IO模块，如热电阻、热电偶、脉冲等模块。
按I/O点数确定模块规格及数量，I/O模块可多可少，但其最大数受CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或机架槽数限制。
电源模块：
PLC电源用于为PLC各模块的集成电路提供工作电源。
同时，有的还为输入电路提供24V的工作电源。
电源输入类型有：
交流电源（220VAC或110VAC），直流电源（常用的为24VAC）。
2.2.2PLC的软件构成
（1）.系统软件
系统软件包含三个部分：
一.系统管理程序。
其作用一是运行时间管理，控制可编程控制器何时输入，何时输出，何时计算，何时自检，何时通信。
二是存储空间管理，规定个中参数，程序的存放位置，以生成用户环境。
三是系统自检程序，包括各种系统出错检验，用户程序语法检验，句法检验，警戒时钟运行。
二.用户指令解释程序。
用户指令解释程序是联系高级语言程序和机器码的桥梁。
三.标准程序模块及其调用程序。
这是许多独立的程序块，各程序块具有不同的功能。
（2）.用户程序
用户程序即是应用程序，使PLC的使用者针对具体控制要求编制的程序。
根据不同的控制要求编制不同的程序，这相当于改变PLC的用途，相当于继电器控制设备的硬接线线路，也正是所谓“可编程”一词的基本含义。
2.3PLC系统的辅助设备
1.编程设备：
编程器是PLC开发应用、监测运行、检查维护不可缺少的器件，用于编程、对系统作一些设定、监控PLC及PLC所控制的系统的工作状况，但它不直接参与现场控制运行。
小编程器PLC一般有手持型编程器，目前一般由计算机（运行编程软件）充当编程器。
2.机界面：
最简单的人机界面是指示灯和按钮，目前液晶屏（或触摸屏）式的一体式操作员终端应用越来越广泛，由计算机（运行组态软件）充当人机界面非常普及。
3.输入输出设备：
用于永久性地存储用户数据，如EPROM、EEPROM写入器、条码阅读器，输入模拟量的电位器，打印机等。
2.4PLC的通信联网
依靠先进的工业网络技术可以迅速有效地收集、传送生产和管理数据。
因此，网络在自动化系统集成工程中的重要性越来越显著，甚至有人提出"
网络就是控制器"
的观点说法。
PLC具有通信联网的功能，它使PLC与PLC之间、PLC与上位计算机以及其他智能设备之间能够交换信息，形成一个统一的整体，实现分散集中控制。
多数PLC具有RS-232接口，还有一些内置有支持各自通信协议的接口。
2.5PLC的注意事由
保证PLC的正常运行，因此在使用中应注意以下问题。
1.工作环境
温度:
PLC要求环境温度在0~55℃，安装时不能放在发热量大的元件下面，四周通风散热的空间应足够大，基本单元和扩展单元之间要有30mm以上间隔；
开关柜上、下部应有通风的百叶窗，防止太阳光直接照射；
如果周围环境超过55℃，要安装电风扇强迫通风。
湿度:
为了保证PLC的绝缘性能，空气的相对湿度应小于85%（无凝露）。
震动:
应使PLC远离强烈的震动源，防止振动频率为10~55Hz的频繁或连续振动。
当使用环境不可避
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